0 引言

国际上十分重视地电、地磁场在地震与火山监测中的应用，1975年，俄罗斯学者Sobolev发表了1973年后的Kamchatka大地电流场震前异常的研究成果(Sobolev，1975)；希腊的3位物理学家提出从连续地电场观测资料提取SES信号预测地震的VAN法(Varotsos et al，1986)。我国自1976年邢台地震后，开展了大规模、规范化的定点地电观测，目前，中国大陆已建成100多个地电场观测台站，其中部分台站持续观测时间已超过10年以上。在对地电场的分析研究中，相对于地震监测预报而言，地电场时空变化规律方面相对薄弱。

地球表面存在着天然的变化电场和稳定电场。各种天然的全球性或区域性的变化电场称为大地电场，而各种天然的地方性的稳定电场则称为自然电场，这2种电场构成地电场。谭大诚等(2010)基于中国大陆100个地电场台站的数据，将潮汐地电场分为近正弦形和近梯形2种，近正弦形地电场大多分布在大面积水域附近，与固体潮汐密切关联；近梯形地电场则与气潮作用产生的空间Sq电流关系密切。崔腾发等(2013)应用中国大陆2条经度链和2条纬度链上共37个地电场台站的观测数据，研究地电场日变化的时/频特征。本文以半日波为研究对象，研究中国大陆东部沿海地区地电场半日波日变幅，分析地电场半日波日变幅变化的时空分布规律，以期对此现象的产生原因获得初步认识。

1 台站基本情况及计算方法

中国大陆地电场观测是定点大地电场测量，水平布设NS、EW和斜测向长短共6测道，长短极距比在1.5左右，长极距多在300~400m(杜学彬等，2006)，测量频段在0~0.005Hz，采样率为1次/min，仪器分辨率为10μV，24h连续观测。全国现运行地电场台站100多个，存在东部地区密集、西部地区稀疏，断裂带附近密集、非断裂带附近稀疏，北部地区建台较多、南部地区台站分布较少等特点。本文主要研究中国大陆东部沿海地区地电场月周期变化特征，在选取台站时，以台站观测数据质量高、台站分布范围尽量大、距离海岸较近为原则，选取高邮、新沂、陵阳、昌黎等4个地电场台站。上述4台同处于119°E线附近，以地电场台站每天连续观测1440个分钟值数据为单位，利用小波变换法进行计算，提取其中12h周期成分(即半日波)，台站具体位置分布见图 1。为了与内陆地区地电场半日波变化特征进行对比，随机选取位于内陆地区观测质量高的山西大同、宁夏石嘴山、甘肃古丰3台地电场观测数据，计算方法同上。时间上选择地震较为平静的2011年为研究时段。

小波变换是空间(时间)与频率的局部变换，因而能有效地从信号中提取信息。因其可通过伸缩和平移等运算技术对函数或信号进行多尺度的细化分析，解决了傅里叶变换不能解决的许多问题，故在地球物理、地震勘探等各项研究中得到广泛的应用(范莹莹等，2014；吕品姬等，2011；解滔等，2013；郑兆苾等，2007；张元生等，2010)。本文将不同台站同一月份以及同一台站不同月份地电场半日波日变化进行对比，研究东部沿海地区半日波日变化特征，期望得到沿海地区半日波日变幅的周期性变化原因及其分布规律等。

2 地电场半日波月变化

图 2~5分别为位于沿海地区的高邮(119.26°E，32.67°N)、新沂(118.39°E，34.38°N)、陵阳(118.90°E，35.54°N)、昌黎(119.05°E，39.72°N)4个地电场台站2011年1~12月地电半日波变化图，图中横坐标表示日期，纵坐标表示半日波强度。高邮台2011年12个月里均发生半日波日变幅每月2次周期性增大、减少的现象，每月2次半日波日变幅最小发生时间差为13~16天左右，平均每月最小日变幅发生时间提前约19h(图 2)；新沂台在2011年12个月中有7个月发生半日波日变幅周期性变化的现象，主要集中在5~7月，时间差为13~16天，平均每月提前约14h(图 3)；陵阳台在2011年共有5个月份发生半日波日变幅周期性变化的现象，集中在5~9月份，每月2次最小日变幅之间的时间差为14~17天，平均每月提前约18h(图 4)；昌黎台在2011年共有6个月发生半日波日变幅周期性变化，主要集中在4~9月份，2次半日波最小日变幅之间的时间差为13~17天，平均每月提前约13h(图 5)。仔细观察、对比图 2~5可发现，半日波日变幅存在夏季比冬季大的特点(部分月份存在因受到干扰等造成半日波日变幅突然大幅度增大、减少等无规律性变化的现象)。接下来与位于内陆地区的地电场台站进行对比。以大同(113.24°E，40.13°N)、石嘴山(106.66°E，39.38°N)、古丰(102.83°E，37.43°N)地电场台站为例(图 6~8)，这3个台站的地电场半日波日变幅偶有增大、减少现象，但整体变化相对平稳，半日波日变幅增大、减少现象的发生不具有规律性，所以认为位于内陆地区的地电场台站未观测到半日波日变幅周期性增大减少的现象，但这些内陆地区的台站同样存在半日波日变幅夏季比冬季大的特点。

为了更加清晰、直观地总结高邮等4台每月日变幅周期性变化的规律，汇总4台站每月半日波日变幅最小发生日期在表 1，表 1中括弧内为每月最小日变幅对应的阴历日期。比对高邮台2011年12个月半日波最小日变幅发生时间，发现其半日波最小日变幅发生在阴历每月初七、二十二左右；新沂台该变幅发生在阴历初十~十六、二十六~下个月初二左右；陵阳台该变幅发生在阴历每月十四、二十八左右；昌黎台该变幅发生在阴历每月初八、二十三左右。上述4台每月2次半日波日变幅周期性变化的现象主要集中发生在5~9月份，东部沿海地区降雨主要集中在夏秋季节，因此基本可以排除降雨对半日波周期性变化的影响。考察2011年地磁Kp指数和Dst指数，一般当∑Kp＞30，则认为当天的地磁活动强烈，Dst≤-30nT并持续两小时以上，则认为当天有磁暴发生(曾中超等，2009)，半日波每月趋势性减少、增大的现象与磁暴的发生在时间上无对应关系。Kp指数参照http://www-app3.gfz-potsdam.de/obs/niemegk/monrep/index.html, Dst指数参照http://wde.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime/。

3 分析讨论

高邮台2011年每月均发生2次半日波日变幅周期性增大、减少的现象，新沂台在2011年有7个月发生此现象，陵阳台为5个月，昌黎台为6个月。高邮台海拔4m，紧邻京杭大运河，测区周围水系发达，台站使用电极为固体不极化电极，电极埋深2.5m，距离最近海岸约150km；新沂台地处郯庐断裂带上，海拔35m，靠近京杭大运河，固体不极化电极埋深5m，距离最近海岸约90km；陵阳台地处沂沭断裂带昌邑-大唐断裂中南部，地势较平坦，海拔145m，固体不极化电极埋深3m，距离最近海岸约60km；昌黎台海拔18.4m，使用铅电极，电极埋深3m，地质构造位于昌-宁断裂北侧，燕山山前冲积平原上，含水层发育，地下水位15m，距离最近海岸约30km。仔细观察图 1可发现，高邮台测区周围河流、湖泊分布最多，新沂台距离京杭大运河较近，而昌黎台距离海岸只有30km，地下水位较高，对比分析认为：台站测区周围河流、湖泊等分布越为密集，距离大型水系越近，位于沿海地区的台站越容易观测到半日波日变幅周期性变化的现象。表 2列出了高邮、新沂、陵阳、昌黎地电场台站地磁经纬度。由表 2可见，高邮等4台地磁纬度相差较大，而地磁经度相差较小，特别是高邮台与昌黎台，二者只相差0.005°，新沂台与陵阳台地磁经度相差0.528°。由表 1可知，高邮、昌黎台每月最小日变幅发生时间几乎一致，而新沂、陵阳台每月最小日变幅发生时间相差2天左右，初步分析认为半日波周期性增大减小现象的发生时间可能与台站所在位置的地磁经度有关。

月球和太阳对地球的天体引力(即起潮力)使地球产生了潮汐形变，即所谓地球的固体潮。起潮力同时也使海水产生潮汐，还使地球外的大气层产生大气潮汐。海洋潮汐影响水位的变化幅度，随距海岸的距离增大而呈指数衰减(张昭栋，1989)。月球自西向东绕地球公转，公转1圈为27.32天，公转轨道相对地球赤道倾斜10°左右。当月球与地球上某质点接近的过程中，根据固体潮理论，垂直流管壁面向上的引潮力逐渐增加，并导致地面微升，表层岩石裂隙在该过程中膨胀，相对无裂隙部分更为明显，岩石裂隙即为内部水的流管。这一过程中各流管连通状态逐渐变好、流管膨胀，有助于水形成稳定的定向渗流，渗流层中电场变强，地表地电场也变强，当月球远离地球上某质点的过程中，引潮力逐渐减少，岩石裂隙疏通性变差，裂隙内含水量降低，地电场变弱(谭大诚等，2010)。故此，可分析认为沿海地区地电场半日波日变幅周期性变化的现象可能是由于海洋潮汐对地电场的作用引起的。

4 结论

本文分析研究了位于中国大陆东部沿海地区的高邮、新沂、陵阳、昌黎4台以及对比分析位于内陆地区大同、石嘴山、古丰3台2011年地电场半日波日变幅，研究发现：

(1) 高邮台2011年全年12个月地电场均发生每月2次半日波日变幅周期性变化的现象，其发生2次最小半日波日变幅之间的时间差为14天左右，新沂、陵阳、昌黎台部分月份发生此现象，位于内陆地区的大同等3台站未观测到此现象。

(2) 位于沿海以及内陆地区的高邮等7台均发生夏季地电场半日波日变幅大于冬季的现象(除部分月份由于受到干扰等原因形成半日波日变幅突然大幅度增大、减少等无规律性变化的月份)。

(3) 通过考查台站测区及周围环境，初步分析认为位于东部沿海地区的台站是否发生每月半日波日变幅周期性增大、减少的现象的原因可能与测区周围是否紧邻海洋、湖泊、河流等大型水系有关。

(4) 同一台站不同月份半日波日变幅最小发生时间(阴历日期)几乎一致；不同台站同一月份半日波日变幅最小发生时间不同，此现象的发生可能与台站地磁经度有关。

(5) 沿海地区地电场半日波日变幅每月发生2次周期性增大、减少的现象，分析研究认为，此现象的发生可能是受到海洋潮汐的影响。